[發(fā)明專利]一種基于微結(jié)構(gòu)光纖分布式聲波傳感的地震波測(cè)量系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711453533.5
• 申請(qǐng)日: 2017-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN108415067B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫琪真;李豪;艾凡;閆志君;賀韜;汪靜逸;劉德明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01V1/18
• 分類號(hào): G01V1/18
• 代理公司: 42201 華中科技大學(xué)專利中心
• 代理人: 張建偉;曹葆青

本發(fā)明涉及一種基于微結(jié)構(gòu)光纖分布式聲波傳感的地震波測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括窄線寬激光源、耦合器、聲光調(diào)制器、摻餌光纖放大器、平衡光電探測(cè)器、微結(jié)構(gòu)傳感光纜、信號(hào)控制和處理模塊。窄線寬激光器產(chǎn)生信號(hào)光由環(huán)形器注入微結(jié)構(gòu)傳感光纜，通過該光纜對(duì)外界地震波信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，攜帶地震波信息的反射光信號(hào)與參考光形成外差信號(hào)送入平衡光電探測(cè)器，其輸出的電信號(hào)最終由信號(hào)控制處理模塊進(jìn)行解調(diào)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)地震波信號(hào)的有效測(cè)量。本發(fā)明具有測(cè)量靈敏度高、空間分辨率高的優(yōu)勢(shì)，相比于傳統(tǒng)電學(xué)檢波器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小重量輕易安裝，且不受電磁干擾。本發(fā)明可用于測(cè)量地下傳播的地震波信號(hào)、資源探測(cè)以及地質(zhì)勘探等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微結(jié)構(gòu)光纖分布式聲波傳感系統(tǒng)，具體地，涉及一種基于微結(jié)構(gòu)光纖分布式聲波傳感的地震波測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光纖傳感技術(shù)可用于測(cè)量井下壓力、溫度、聲波、振動(dòng)等參數(shù)，得知地質(zhì)情況、流體特性和資源分布等信息。在石油勘探以及地質(zhì)測(cè)試領(lǐng)域中，光纖傳感測(cè)井以及測(cè)量地震波是一個(gè)非常重要的技術(shù)。目前光纖分布式聲波傳感廣泛應(yīng)用于垂直地震剖面(VSP)檢測(cè)、壓裂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、油氣管道泄漏監(jiān)測(cè)以及地面地震波傳播測(cè)量等領(lǐng)域。因此高靈敏高精度的光纖分布式聲波傳感技術(shù)對(duì)資源勘探和地震檢測(cè)有著重要意義。

目前的地震勘探主要手段為利用電學(xué)地震檢波器來進(jìn)行測(cè)量，其目前是地震勘探重要的地震傳感部件，技術(shù)水平和性能質(zhì)量直接關(guān)系到地震數(shù)據(jù)檢測(cè)的保真效果。相比于其他探測(cè)手段，電學(xué)地震檢波器測(cè)量精度以及靈敏度較高，但由于其基于電域測(cè)量、機(jī)電一體化的內(nèi)部結(jié)構(gòu)使得其易受電磁干擾。同時(shí)，由于地震勘探一般都在復(fù)雜的野外環(huán)境，這樣使得檢波器不可避免的會(huì)出現(xiàn)較高的故障率。此外，每一個(gè)檢波器分布在不同位置，來檢測(cè)不同位置處一段時(shí)間內(nèi)的地震波傳輸情況，這樣每一個(gè)檢波器都需要連接電纜線到終端，由于檢波器只能單點(diǎn)檢測(cè)某個(gè)位置的地震波信號(hào)，測(cè)量長(zhǎng)距離地面排列時(shí)需要大量的檢波器串，龐大的檢波器數(shù)量使得安裝過程復(fù)雜且繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種基于微結(jié)構(gòu)光纖分布式聲波傳感的地震波檢測(cè)系統(tǒng)，目的在于對(duì)井下或地面排列的地震波，實(shí)現(xiàn)不受電磁干擾，同時(shí)達(dá)到較高的精度和靈敏度檢測(cè)，解決現(xiàn)有技術(shù)電學(xué)檢波器存在的安裝規(guī)模龐大、易受電磁干擾以及易受環(huán)境影響而損壞等技術(shù)問題。

一種基于微結(jié)構(gòu)光纖分布式聲波傳感的地震波測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括窄線寬激光器(1)、第一光耦合器(2)和第二光耦合器(8)、光環(huán)形器(5)、聲光調(diào)制器(3)、摻餌光纖放大器(4)、平衡光電探測(cè)器(7)、微結(jié)構(gòu)傳感光纜(6)以及控制處理模塊(9)；其中：

所述窄線寬激光器(1)輸出與第一耦合器(2)相連，用于提供窄線寬激光信號(hào)；激光線寬盡可能窄，1MHz以下；線寬越窄，探測(cè)信號(hào)底噪越??；

所述第一耦合器(2)包括光源輸入端、本振光輸出端和信號(hào)光輸出端；所述光源輸入端用于接收窄線寬激光，本振光輸出端與第二耦合器(8)本振光輸入端相連，向其提供參考光；信號(hào)光輸出端與聲光調(diào)制器(3)輸入端相連，向其提供信號(hào)光；

所述聲光調(diào)制器(3)包含輸入、輸出和驅(qū)動(dòng)三個(gè)端口，用于將激光調(diào)制成脈沖并產(chǎn)生一定的頻移；頻移使信號(hào)光相對(duì)于本振光產(chǎn)生一個(gè)頻率差，形成外差探測(cè)，用于將地震波引起的相位改變量解調(diào)出來，實(shí)現(xiàn)對(duì)地震波的測(cè)量；頻移大小由聲光調(diào)制器外加的射頻信號(hào)決定；所述聲光調(diào)制器工作需要外加射頻信號(hào)，同時(shí)正常工作還需要驅(qū)動(dòng)信號(hào)；所述脈沖為矩形脈沖，脈沖周期與聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)信號(hào)有關(guān)，驅(qū)動(dòng)控制端信號(hào)占空比越大光脈沖能量越大；

所述摻餌光纖放大器(4)包含光輸入和光輸出兩個(gè)端口，用于放大輸入光信號(hào)；